[发明专利]一种适用于对地卫星在无陀螺条件下的轮控姿态恢复方法

权利要求书

1.一种适用于对地卫星在无陀螺条件下的轮控姿态恢复方法，其特征在于，卫星在长期稳态下使用飞轮作为执行机构进行姿态控制，所述方法包含以下步骤：

(1)在卫星姿态失稳情况下，首先对所有接入系统飞轮进行回零操作，消除由于飞轮角动量交换带来的角速度变化；

(2)根据星体表面装的0-1式太阳敏感器进行捕获太阳，使太阳出现在帆板对应面；假设帆板在星体-Y面，当太阳出现在-Y方向模拟式太阳敏感器的视场后，利用模拟式太阳敏感器的输出分别对滚动轴与偏航轴进行控制，以完成对日定向；

在启动俯仰轴控制时，利用轨道信息计算太阳矢量与磁场矢量在轨道系分量，利用磁强计与太阳信号测量其在本体系分量，利用双矢量定姿算法可以计算得到卫星俯仰姿态角，对俯仰姿态角进行差分得到俯仰姿态角速度；

(3)根据俯仰角估值θ，对俯仰轴进行分段控制，角动量指令计算如下：

其中，θ₁为分段阈值，K_py和K_dy分别为俯仰轴比例、微分控制系数，为俯仰角速度估值，H_y(kT)为俯仰轴角动量控制指令，H_ymax为根据飞轮能力设置的角动量指令上限，若由非对地定向模式进入对地定向模式，对累加值进行清零；

(4)若进入地影区前处于太阳捕获阶段，则对飞轮角动量指令进行回零，待进入光照区重新进行太阳捕获；若当前处于对日定向阶段，则将飞轮角动量指令保持，待进入光照区若-Y向有太阳信号则继续对日定向，若无太阳信号则重新进行太阳捕获；若当前处于对地定向阶段，则将滚动与偏航向飞轮角动量指令保持，俯仰向继续进行控制，待进入阳照区若-Y向有太阳信号则继续对地定向，若-Y向无太阳则将俯仰方向角动量指令回零重新进行太阳捕获。

2.根据权利要求1所述的适用于对地卫星在无陀螺条件下的轮控姿态恢复方法，其特征在于，步骤(2)中，滚动轴控制如下：

当时，进行开环控制，控制指令角动量如下计算:

H_x(kT)＝-h_buhuo

当时，进行开环控制，控制指令角动量如下计算:

H_x(kT)＝h_buhuo

当连续一段时间tx满足时，进入滚动闭环控制，控制指令角动量如下计算：

其中T为控制周期，h_buhuo为设定的用于进行太阳捕获的飞轮角动量目标值；H_x(kT)为实际发送的飞轮角动量控制指令，为模拟式太阳敏感器测量得到的滚动角；αx为设定的滚动角闭环控制阈值；K_px、K_ix为滚动轴闭环控制参数。

3.根据权利要求2所述的适用于对地卫星在无陀螺条件下的轮控姿态恢复方法，其特征在于，对进行限幅，若由对日定向子模式非闭环控制进入闭环控制，则清零，若由地影区出来直接进入对日定向子模式，则不清零。

4.根据权利要求3所述的适用于对地卫星在无陀螺条件下的轮控姿态恢复方法，其特征在于，步骤(2)中，偏航轴控制如下：

当ψ_s-αz时，进行开环控制，控制指令角动量如下计算:

H_z(kT)＝-h_buhuo

当ψ_sαz时，进行开环控制，控制指令角动量如下计算:

H_z(kT)＝h_buhuo

当连续一段时间tz满足-αz≤ψ_s≤αz时，进入滚动闭环控制，控制指令角动量如下计算:

H_z(kT)＝K_pzψ_s+K_iz∑ψ_sT

其中ψ_s为模拟式太阳敏感器测量得到的偏航角；αz为设定的偏航角闭环控制阈值；K_pz、K_iz为偏航轴闭环控制参数；H_z(kT)为实际发送的飞轮角动量控制指令。